能消除仿真信號遠距離傳輸誤差的數模混合仿真接口系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及功率型數字物理混合仿真技術領域，具體設及一種能消除仿真信 號遠距離傳輸誤差的數模混合仿真接口系統。
【背景技術】
[0002] 隨著大規模風電并網、微電網、大電網互聯、W及特高壓交直流混合輸電的實施， 電力系統的并網設備和網架結構變得越來越復雜。為了保證大量新型設備投入復雜電網后 能安全穩定地運行，必須采取合理的仿真手段對其相互作用的機理和運行控制技術等進行 多方面的研究。電力系統物理模擬仿真采用與原型系統標么值參數相等的模擬系統，利于 對新型設備建模，可W更加準確地反應裝置的特性，但是其投資大、建模周期長、也很難對 大規模系統進行仿真。實時數字仿真的特點是搭建模型比較方便、投資周期短、靈活性高， 能夠實現較大規模的系統仿真，但是對于數學建模不太完善的新型設備無法進行準確的模 擬。因此考慮實施實時數字仿真與物理模擬仿真相結合的數字物理混合仿真，對新型設備 和復雜電網進行仿真分析。
[0003] 如圖1所示，功率型數字物理混合仿真系統包含=個部分：數字仿真子系統、物理 仿真子系統和數模混合仿真接口系統。物理仿真子系統采用實際物理元件模擬目標系統中 那些數學模型未知的新型設備或者高頻電力電子變換器；數字仿真子系統采用數值計算技 術按步長求解目標系統內剩余各點的電壓、電流、有功、無功等物理量；數模混合仿真接口 系統將前述兩者結合起來，負責它們之間信號的交互，使得整套仿真系統能夠正常、準確的 描述目標系統。監控后臺與物理仿真子系統和數字仿真子系統分別相連，監控后臺負責總 體的協調控制。
[0004] 數模混合仿真接口系統負責數字仿真子系統和物理仿真子系統之間的信號交互。 如圖2所示，數模混合仿真接口系統由物理仿真接口、物理側調理機箱、數字側調理機箱、 數字仿真接口組成。數字仿真子系統通過數字仿真接口與數模混合仿真接口系統相連，物 理仿真子系統通過物理仿真接口與數模混合仿真接口系統相連。物理仿真接口通過兩組= 相電壓線路、兩組=相電流線路與物理側調理機箱相連，數字仿真接口也通過兩組=相電 壓線路、兩組=相電流線路與數字側調理機箱相連。
[0005] 數字仿真子系統是由實時數字仿真設備RTDS搭建的仿真平臺。數字仿真接口包 含了RTDS的內部板卡。RTDS內部板卡的作用之一是對信號進行D/A轉換、A/D轉換，即將 數字仿真子系統發出的數字信號轉換為模擬信號，將物理仿真子系統發來的模擬信號轉換 為數字信號。在運個過程中，因為采樣時間、串行通信W及板卡串聯等因素會造成信號相位 延遲。
[0006] 數字物理混合仿真系統物理側功率波動很大，容易對信號傳輸和測量產生干擾， 需要使物理仿真子系統和數字仿真子系統保持一定的距離。同時由于物理仿真子系統采用 實際設備進行仿真，一些設備體積較大或者對運行環境要求十分嚴格，所W物理仿真子系 統有時距離數字仿真子系統較遠，兩者通過數模混合仿真接口系統中的傳輸電纜連接，電 纜類型通常為屏蔽雙絞線。由信號在電纜中的傳輸時間所帶來的相位延遲W及長距離傳輸 帶來的幅值變動不能忽視。
[0007] 圖2中數字側調理機箱和物理側調理機箱的作用都是進行電壓、電流信號轉換W 及濾波的作用。因為直接遠距離傳輸電壓信號，易受噪聲干擾，且線路阻抗會產生電壓降， 引起電壓衰減，造成信號失真，無法滿足信號高精度傳輸的要求。而直接遠距離傳輸電流信 號，抗干擾能力較強，且電流信號受線路阻抗的影響較小，因而在數字物理混合仿真接口系 統中所有的信號都是轉換為5~20mA的電流源信號傳輸的。濾波則是為了過濾掉信號傳 輸過程中帶入的高頻噪聲分量，但是濾波環節同樣會產生相位延遲。由此可見調理機箱中 的信號轉換W及濾波環節也會引入信號相位的延遲。
[0008] 在實際的仿真過程中，物理仿真子系統有時候需要模擬電網的故障過程，在故障 的暫態過程中，電流和電壓均會出現一定的諧波分量，運些諧波分量信號也是需要準確傳 輸的。而不同頻率的信號在傳輸過程中產生的相位延遲和幅值影響均不相同，因此很可能 在經過傳輸和轉換W后疊加出來的波形和原始信號波形相差甚遠，給仿真結果帶來巨大影 響。
[0009] 即在實際的數模混合仿真接口系統中，信號遠距離傳輸、濾波、A/D轉換、D/A轉換 W及RTDS內部模塊的延時等不可避免，信號延時時間越長，數字物理混合仿真系統越容易 出現振蕩和發散情況，另外，由于信號在遠距離電纜中傳輸不僅會帶來相位的延遲，還會帶 來幅值上的變動，運會都會對仿真結果的準確性造成影響。因此，如何減小甚至消除信號傳 遞過程中產生的相位延遲和幅值變動對于數字物理混合仿真系統的穩定、精確運行至關重 要的。 【實用新型內容】
[0010] 本實用新型所要解決的技術問題是提供一種能消除仿真信號遠距離傳輸誤差的 數模混合仿真接口系統。
[0011] 本實用新型的技術問題通過如下技術方案實現：一種能消除仿真信號遠距離傳輸 誤差的數模混合仿真接口系統，包括物理側仿真接口、物理側調理機箱、數字側調理機箱、 數字側仿真接口，所述物理側仿真接口通過物理側=相電壓電流輸入線路和數字側=相電 壓電流輸出線路與所述物理側調理機箱相連，所述數字側仿真接口通過數字側=相電壓電 流輸入線路和物理側=相電壓電流輸出線路與所述數字側調理機箱相連，所述物理側調理 機箱通過電纜與所述數字側調理機箱相連，其特征在于，所述物理側仿真接口與所述物理 側調理機箱之間的各條數字側=相電壓電流輸出線路中分別串聯有誤差消除電路，所述數 字側仿真接口與所述數字側調理機箱之間的各條物理側=相電壓電流輸出線路中也分別 串聯有誤差消除電路。
[0012] 所述誤差消除電路的輸入端還設有用于將輸入的信號轉換成電壓源信號的轉換 模塊，電壓源信號也即一種電壓信號，運里主要為了與輸入轉換模塊的電壓信號區別。
[0013] 所述誤差消除電路為有源補償電路，所述有源補償電路由由運算放大器構成的幅 值校正電路和相位校正電路組成，所述幅值校正電路與和所述相位校正電路串聯。
[0014] 所述運算放大器為高速型運算放大器，高速型運算放大器相比于通用性運算放大 器，具有較高的轉換速率和較寬的頻率響應范圍，適用于具有A/D轉換、D/A轉換電路的場 合。
[0015] 作為所述有源補償電路的較佳實施方式，所述相位校正電路由高速型運算放大器 OPl、電阻RUR2、電容CUC2組成，高速型運算放大器OPl的同向輸入端與電容Cl同電阻 Rl的并聯單元相連，電容Cl同電阻Rl的并聯單元的另一端為所述相位校正電路的輸入端， 高速型運算放大器OPl的反向輸入端接公共端，電容C2和電阻R2并聯后串接在高速型運 算放大器OPl的輸出端和同向輸入端之間，高速型運算放大器OPl的輸出端為所述相位校 正電路的輸出端。
[0016] 所述幅值校正電路由高速型運算放大器0P2、電阻R3、R4組成，電阻R3的一端為 所述幅值校正電路的輸入端，另一端與高速型運算放大器0P2的同向輸入端相連，高速型 運算放大器0P2的反向輸入端與公共端相連，電阻R4串聯在高速型運算放大器0P2的輸出 端和同向輸入端之間，高速型運算放大器0P2的輸出端為所述幅值校正電路的輸出端。
[0017] 所述幅值校正電路的輸入端與所述相位校正電路的輸出端相連。
[0018] 作為本實用新型的較佳實施方式：所述電阻為滑動變阻器。
[0019] 所述轉換模塊和所述誤差消除電路設置在與其相近的數字側或物理側調理機箱 中。
[0020] 相對于現有技術，本實用新型具有如下有益效果：
[0021] 1)本實用新型的數模混合仿真接口能消除功率型數字物理混合仿真信號遠距離 傳輸過程中產生的幅值和相位的偏差，提高數字物理混合仿真系統的穩定性和仿真的精確 性；
[0022] 2)本實用新型的誤差消除電路結構簡單，采用滑動變阻器，可W實時調節W便同 步比較物理側仿真接口和數字側仿真接口的輸入輸出波形之間的偏差，W便更好的消除信 號傳輸過程中產生的誤差；
[0023] 3)本實用新型的誤差消除通過有源補償電路實現，相比于無源電路它不但能夠實 現信號幅值的補償，而且性能更好；本實用新型有源補償電路采用兩級運算放大器串聯，使 得有源補償電路具有高輸入阻抗、低輸出阻抗的特點，避免給信號帶來失真；
[0024] 4)本實用新型采用硬件消除信號傳輸誤差，相比于采用軟件技術消除信號輸出的 情況，本實用新型能夠實時對比誤差消除前后的信號；
[00巧]5)本實用新型除了能夠精確消除基波信號的傳輸誤差外，還能在一定程度上消除 基頻附近頻帶信號的傳輸誤差，使數字物理混合仿真系統在模擬電力系統故障暫態過程的 時候具有良好的效果。
【附圖說明】
[00%] 圖1為數字物理混合仿真系統的結構框圖；
[0027] 圖2為數模混合仿真接口系統的結構框圖；
[0028] 圖3為本實用新型誤差消除電路的原理框圖；
[0029] 圖4為本實用新型較佳實施例的誤差消除電路的電路原理圖；
[0030] 圖5為數字仿真子系統通過本實用新型的數模混合仿真接口向物理仿真子系統 發送=相電壓信號和=相電流信號的信號傳輸流程圖，電壓信號在電纜中均W電流形式傳 輸；
[0031] 圖6為物理仿真子系統通過本實用新型的數模混合仿真接口向數字仿真子系統 發送=相電壓信號和=相電流信號的信號傳輸流程圖，電壓